Наиболее характерные причины отказа в работе турбокомпрессоров
Наиболее характерные причины отказа в работе турбокомпрессоров и ис-
следования, связанные с их выявлением, можно разделить на 7 групп, о кото-
рых говорится ниже.
Течь масла в компрессорную или турбинную части – такая претен-
зия содержится в 40% поступивших на предприятие рекламаций. При этом
в процессе выполнения полного комплекса обследования состояния турбо-
компрессоров, а именно: частичной или полной его разборки; микрометража
узлов и деталей; балансировки ротора или картриджа в сборе на баланси-
ровочном стенде SCHENCK; тестового испытания на стенде (горячий тест),
заявленный дефект не подтверждается. Накопленная статистика позволя-
ет сделать вывод, что к подобного рода отказам в работе турбокомпрессоров
приводят недостаточная пропускная способность трубки слива масла с тур-
бокомпрессоров при холодном пуске двигателя (либо в холодное время года)
с учётом повышенной вязкости масла; высокий напор картерных газов, вы-
званный износом ЦПГ; сильное загрязнение воздушного фильтра или нару-
шение герметичности воздушного тракта; длительная работа двигателя на
холостом ходу; перегиб или деформация сливного маслопровода.
Попадание постороннего предмета на входные кромки лопаток
колеса компрессора или турбины. Причины попадания посторонних
предметов в турбокомпрессор могут быть самыми разными, а именно: нару-
шение герметичности воздушного тракта; отрыв облоя или фрагментов кар-
триджа воздушного фильтроэлемента; оставление предметов в виде гайки,
болта, шайбы и др. при проведении ТО системы воздухоснабжения; отрыв
литейного облоя или кокса во внутренней полости выпускного коллектора;
неисправность ЦПГ или ГРМ. Эти повреждения влияют на рабочие характе-
ристики компрессора и турбины из-за искажения профиля лопаток на входе,
но самое важное, что нарушается балансировка ротора, что очень быстро при-
водит к отказу ТКР.
Абразивный износ. Подшипники ротора ТКР, учитывая его высокую экс-
плуатационную частоту вращения, весьма чувствительны к качеству очист-
ки масла от абразивных загрязнений. Даже однократный проход крупных
абразивных частиц через подшипники может привести к их отказу. Наличие
абразива в масле может быть связано с некачественной промывкой маслока-
налов блока двигателя при его производстве либо после ремонта, с браком
масляных фильтров. Также стоит отметить что при высокой степени загряз-
нения фильтрующих элементов, либо в условиях холодного запуска двигате-
ля, в особенности, при сильных отрицательных температурах, открывается
перепускной клапан, а расположение масляного фильтра и клапана в нём
способствует смыванию со штор ранее отфильтрованных частиц и поступле-
нию в систему смазки двигателя неочищенного масла. Также абразив может
попасть во входной маслоканал ТКР из-за нарушения условий транспорти-
ровки и хранения ТКР, из-за небрежности при установке ТКР на двигатель.
Также абразивные частицы могут быть в маслоподводящем трубопроводе.
Характерными признаками абразивного износа является интенсивный износ
поверхностей ротора и подшипников в виде кольцевых рисок глубиной от 0,5
до 1,5 мм без следов перегрева.
Перегрев турбокомпрессора из-за недостаточного поступления
моторного масла в корпус подшипников обусловлен недостаточным по-
ступлением масла в корпус подшипников, основными причинами которого
являются:
– несоблюдение режима пуска двигателя, особенно при отрицательной
температуре окружающей среды. После пуска двигателя имеет место
(до нескольких минут) задержка поступления масла к подшипникам
ТКР. Вращение ротора начинается с первыми вспышками в цилиндрах,
и, если в этот период превысить допустимую частоту вращения ротора
(для разных моделей ТКР это 30000-40000 об/мин, что соответствует ми-
нимальной частоте вращения коленчатого вала при холостом ходе дви-
гателя), неизбежно наступит задир подшипников скольжения или про-
изойдут такие повреждения поверхностей, что подшипники не смогут
обеспечить функционирование ТКР в течение длительного времени;
– резкая остановка двигателя внутреннего сгорания, при этом подача
масла к подшипникам ТКР прекращается сразу после остановки масля-
ного насоса, а детали турбины сохраняют высокую (до 700ºС) температу-
ру. В этом случае происходит коксование масла и отложение продуктов
сгорания коксования в подшипниках ТКР и в кольцевом уплотнении
ротора со стороны турбины. В случае многократного повторения таких
остановок это может привести к отказу подшипников и нарушению
уплотнения ротора;
– нарушение геометрии трубки подвода масла. Характерными признака-
ми масляного голодания и перегрева являются перегрев поверхностей
ротора и подшипников; перенос бронзы; многочисленные трещины на
поверхности подшипников, возможны частичные разрушения; обрыв
вала ротора и др.
Превышение предельно допустимой частоты вращения ротора.
Результатом превышения предельно-допустимой частоты вращения ротора
является разрушение колеса компрессора по оси вращения на два или три
крупных фрагмента, либо частичное разрушение колеса и обрыв ротора. На
диске колеса в обоих случаях видны характерные неровности, обусловленные
пластическим течением диска, а обрыв ротора обусловлен сочетанием изгиба
и увеличением крутящего момента на роторе из-за задевания колеса компрес-
сора за корпус компрессора.
Причины увеличения частоты вращения ротора турбокомпрессора сверх
допустимой:
– нарушение работы системы рециркуляции отработавших газов. На со-
временных двигателях для снижения выбросов вредных веществ приме-
няется система рециркуляции отработавших газов (EGR). При этом часть
отработавших газов возвращается на впуск двигателя через теплообмен-
ник EGR. Количество рециркулируемых газов регулируется заслонкой
и составляет до 15…25% от общего количества отработавших газов. Если
рециркуляция прекращается, то на такую же величину увеличивается
расход воздуха через двигатель и через компрессор ТКР. Для центробежного
компрессора характерно при смещении режима работы в сторону
увеличения расхода воздуха или увеличения степени повышения давле-
ния резкое увеличение частоты вращения ротора. Возможной причиной
прекращения рециркуляции может быть заклинивание заслонки из-за
отложений нагара (в том числе при использовании высокосернистого
топлива или выбросе масла двигателем) или повреждения её привода;
закоксовывание проточных частей теплообменника EGR по тем же при-
чинам; изменение настроек электронного блока управления двигателем
(перепрошивка) у потребителя. В последнее время НПО «Турботехника»
отмечает рост таких отказов, т. к. такое изменение настроек двигателя не
только способствует увеличению расхода воздуха, но и мощности двига-
теля. При этом потребитель не сознает, что в таком случае и ТКР должен
быть другим – большей производительности. Нарушение работы топлив-
ной системы двигателя – увеличение расхода топлива;
– сильное засорение воздушного фильтра – большое сопротивление на
впуске. Турбокомпрессор должен обеспечивать требуемые параметры
наддува, что контролируется блоком управления двигателем. Чем боль-
ше разрежение на впуске, тем большую степень повышения давления
должен обеспечить ТКР, и электроника будет увеличивать подачу то-
плива для обеспечения требуемых показателей наддува. Что сопрово-
ждается также быстрым ростом частоты вращения ротора.
Особенно опасно сочетание этих факторов с большой загрузкой автомобиля
и подъёмом на высоту. Первое обстоятельство обусловливает работу двигателя
при мощности, близкой к максимальной, а второе – дополнительное разреже-
ние на впуске.
Высокотемпературная газовая эрозия. Возникает в связи с нарушени-
ем регулировок топливной аппаратуры или угла опережения впрыска топли-
ва. Характерными признаками являются: выгорание входных кромок лопаток
турбины, деформация лопаток, обрыв ротора со стороны турбины; термические
трещины в корпусе турбины.
Прочие виды причин отказов: самостоятельный разбор ТКР или попыт-
ки самостоятельной регулировки хода штока перепускного клапана; механи-
ческие повреждения корпусных элементов вследствие падения ТКР при погру-
зочноразгрузочных работах или при монтаже ТКР на ДВС.
Выводы. Долговечность и безотказность ТКР, обеспечивающего необходи-
мые показатели двигателя внутреннего сгорания (ДВС), обусловлены не толь-
ко его конструкцией, но и неукоснительным выполнением требований к экс-
плуатации.